Ansys有限元分析温度场模拟指导书

第一章绪论1.1内燃机活塞组有限元研究的背景和意义内燃机是目前世界上应用最广泛的热动力装置，它主要利用燃料燃烧释放出的热能产生有用的机械能做功。

经历了百余年的发展，内燃机领域己经取得了长足的进步。

在现今的社会中，几乎所有的交通工具均以内燃机做其核心的动力源。

回溯整个20世纪，内燃机技术的成熟推动了整个人类社会向前进步，其广泛的应用也造就了这个世纪的繁荣。

随着各种新技术的研究成果应用到发动机设计过程中，以及愈来愈严格的排放法规的现在，发动机正想着高转速，高功率和低油耗的方向发展。

功率的提高必然带来一些负面的影响。

如加重了活塞的热负荷，使得活塞的温度超过活塞材料所能承受的味道，大大降低了活塞磁疗的强度，严重时可能活塞会出现龟裂甚至烧损。

缸内爆发压力增加是活塞和缸体，缸盖承受的接卸符合增大。

可能导致活塞和缸体缸盖因强度不足而产生破坏。

此外压力升高率过大时，会产生敲缸现象，增加发动机的燃烧噪声，当提高发动机的转速以增大发动机的功率时，各个运动部件的惯性力也随着增加，使得活塞销和活塞销座的受力问题更为突出。

缸体对活塞的支撑力也增大。

于是发动机的噪声问题成为整车噪声中的主要问题【21】。

尽管转速的自己可以减少发动机的传热损失，但却同时造成发动机的NOx排放增加，在排放法规要求日益严格的今天，这一问题的得与失显得要慎重考虑。

不仅如此，还会造成摩擦损失的增加。

在满足发动机高功率设计的同时，必须要考虑发动机的温度和强度方面的要求。

发动机是一切动力装置的新章，而作为发动机关键部件的活塞又是重中之重，活塞热负荷和热强度问题的解决常常是提高征集技术水平的关键，直接影响内燃机工作可靠性和耐久性。

为了减少发动机的整机重量和提高功率，中小型柴油机几乎都采用铝合金作为材料，为了减少活塞的传热和热负荷，人们正尝试使用陶瓷作为活塞的材料。

有限元法是当今工程分析中应用最广泛的数值计算方法。

由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视。

基于ANSYS12.0的钢板加热过程分析
一．问题描述
2000mm*2000mm*100mm的钢板，初始温度为20℃，放入温度为1120℃的加热炉内加热,已知其换热系数125W/㎡*K，钢板的比热为460J/kg*℃，密度为7850kg/m ³，导热系数为50W/m*K，计算钢板1800s后的温度场分布。

二．问题分析
此问题属于热瞬态分析（载荷随时间变化），选用SOLID70三维六面体单元进行有限元分析。

SOLID70——三维热实体，具有8各节点，每个节点一个温度自由度。

该单元可用于三维的稳态或瞬态的热分析问题。

三．操作步骤
1.定义分析文件名
Utility Menu>File>Change Jobname，输入Example。

2.定义单元类型
Main Menu>Preprocesor>Element Type>Add/Edit/Delete,选择SOLID70三维六面体单元进行有限元分析。

3.定义材料属性
①传导系数
②材料密度
③材料比热
4.建立几何模型
5.设置单元密度
6.划分单元
7.施加对流换热载荷
8.施加初始温度
9.设置求解选项
10.温度偏移量设置
11.输出控制
12.存盘
13.求解
14.显示温度场分布云图
四．总结
本例介绍了应用ANSYS对钢板加热过程进行瞬态热分析的基本步骤，应用此方法可对各种零件加热过程的温度
场分布进行分析。

ansys 求当结构内侧温度为0度而外侧温度为-10度时的变形1.引言1.1 概述概述本文旨在研究在给定条件下的结构变形问题。

具体而言，我们关注的是当结构内侧温度为0度，而外侧温度为-10度时，结构的变形情况。

为了解决这一问题，我们采用了ANSYS模拟方法。

ANSYS作为一种常用的工程仿真软件，能够对复杂结构进行力学分析，并得出相应的结果。

通过在ANSYS中设置合适的边界条件和材料属性，我们可以模拟不同温度下的结构变形情况。

在本文中，我们首先进行了背景介绍，介绍了该问题的背景和相关研究现状。

然后，我们详细讨论了使用ANSYS进行模拟的方法。

通过分析和讨论模拟结果，我们将得出对结构变形情况的评估和结论。

通过本文的研究，我们希望能够揭示在不同温度条件下结构的变形情况，为相关工程实践提供参考和指导。

同时，我们也期待这项研究能够为进一步探索结构变形领域提供一定的理论和实践基础。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分主要包括对本篇文章的概述、文章结构和研究目的的介绍。

首先概述研究的背景和意义，说明研究的目的和重要性。

然后介绍文章的结构，即各个章节的内容和逻辑顺序。

最后明确研究的目的，指出本文的研究重点和亮点。

正文部分主要包括背景介绍和ANSYS模拟方法。

在背景介绍章节中，可以从结构分析的角度出发，说明为什么需要对结构内侧温度为0度而外侧温度为-10度时的变形进行研究。

介绍相关的理论知识和前人研究成果，展示研究的基础和现有问题。

在ANSYS模拟方法章节中，详细介绍使用ANSYS软件进行结构分析的步骤和方法。

包括建模、网格划分、边界条件设置等。

同时，可以说明为什么选择ANSYS作为研究工具，以及其在结构分析领域的优势和应用。

结论部分主要包括对结果的分析和结构变形评估。

在结果分析章节中，对模拟结果进行定量或定性的分析，解释温度变化对结构变形的影响。

第四讲 热分析上机指导书CAD/CAM 实验室，USTC实验要求：1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS 进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。

2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进行瞬态热分析的基本过程。

内容1：冷却栅管问题问题描述：本实例确定一个冷却栅管（图a ）的温度场分布及位移和应力分布。

一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。

冷却栅材料为不锈钢，特性如下：导热系数：25.96 W/m ℃弹性模量：1.93×109 MPa热膨胀系数：1.62×10-5 /℃泊松比：0.3边界条件：（1）管内：压力：6.89 MPa流体温度：250 ℃对流系数249.23 W/m 2℃（2）管外：空气温度39℃对流系数：62.3 W/m 2℃假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b 。

其上下边界承受边界约束，管内部承受均布压力。

练习1－1：冷却栅管的稳态热分析步骤：1.定义工作文件名及工作标题1)定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【Change Jobname 】对话框中输入文件名Pipe_Thermal ，单击OK 按钮。

2)定义工作标题：GUI: Utility Menu> File> Change Title ，在弹出的【Change Title 】对话框中2D Axisymmetrical Pipe Thermal Analysis ，单击OK 按钮。

3)关闭坐标符号的显示：GUI: Utility Menu> PlotCtrls> Window Control> Window Options ，在弹出的【Window Options 】对话框的Location of triad 下拉列表框中选择No Shown 选项，单击OK 按钮。

实验名称：温度场有限元分析一、实验目的1. 掌握Ansys分析温度场方法2. 掌握温度场几何模型二、问题描述井式炉炉壁材料由三层组成，最外一层为膨胀珍珠岩，中间为硅藻土砖构成，最里层为轻质耐火黏土砖，井式炉可简化为圆筒，筒内为高温炉气，筒外为室温空气，求内外壁温度及温度分布。

井式炉炉壁体材料的各项参数见表1。

表1 井式炉炉壁材料的各项参数三、分析过程1. 启动ANSYS，定义标题。

单击Utility Menu→File→Change Title菜单，定义分析标题为“Steady-state thermal analysis of submarine”2.定义单位制。

在命令流窗口中输入“/UNITS, SI”，并按Enter 键3. 定义二维热单元。

单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete 菜单，选择Quad 4node 55定义二维热单元PLANE554.定义材料参数。

单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models菜单5. 在右侧列表框中依次单击Thermal→Conductivity→Isotropic，在KXX文本框中输入膨胀珍珠岩的导热系数0.04，单击OK。

6. 重复步骤4和5分别定义硅藻土砖和轻质耐火黏土砖的导热系数为0.159和0.08，点击Material新建Material Model菜单。

7.建立模型。

单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→By Dimensions菜单。

在RAD1文本框中输入0.86，在RAD2文本框中输入0.86-0.065，在THERA1文本框中输入-3，在THERA2文本框中输入3，单击APPL Y按钮。

8.重复第7步，输入RAD1=0.86-0.065，RAD2=0.86-0.245，单击APPL Y；输入RAD1=0.86-0.245，RAD2=0.86-0.36，单击OK。

精品文档Instruction of Ansys temperature field calculationQuestion 1: Con sider an infin ite (in one directio n) plate with in itial temperature T 0. One end of the plate is exposed to the environment of which the temperature is T e (III type boundary condition). Analyze the temperature distribution in the plate during the period of 2000s.问题1考虑一个方向无限长的平板，初始温度为T0，一段暴露在温度为T e的环境中，分析其在2000s内温度分布情况。

12 24Basic parameters基本物性参数Geometry 几何：a=1 m, b=0.1 mo 3 oMaterial 材料：2=54 W/m • C,尸7800 kg/m , c p=465 J/kg C Loads载荷：T0=0 °C, T e=1000 o C, h=50 W/m2 o CJobname and directory setting设置文件名、存储路径Menu | File | Change Job nameMenu | File | Change DirectoryPreprocessinc前处理⑴Define Element Type定义单元类型Preprocessor | Eleme nt Type | Add/Edit/DeleteAdd: Thermal Mass | Solid | Quad 4node 55(2) Set Material Properties 设置材料属性Preprocessor | Material Props | Material ModelsThermal: Co nductivity: Isotropic KXX=54Thermal: Den sity=7800Thermal: Specific Heat=465精品文档Modeling 建模(1) Create Node 1 建立节点1Preprocessor | Modeling | Create | Nodes | In Active CS No.: 1, (x, y, z) = (0,0,0)(2) Create Node 12建立节点12 Preprocessor | Modeling | Create | Nodes | In Active CS No.: 2, (x, y, z) = (0,1,0)(3) Fill Between Node 1 and 12在节点1，12 间填充其余节点Preprocessor | Modeling | Create | Nodes | Fill Between Nds Number of nodes to fill: 10Spacing ratio: 1(均匀网格)(4) Create Node 13~24 by copying复制生成节点13〜24Preprocessor | Modeling | Copy | Nodes | Copy Pick All 选择所有节点Total number of copies: 2复制2 份(包含原先的1 份) X-offset: 0.1 设置X 方向偏移量(5) Create Element 1 生成单元1Preprocessor | Modeling | Create | Elements | Auto Numbered | Thru Nodes Select 1, 13, 14, 2(with mouse)(6) Copy Element 2~10 by copying复制生成其余单元Preprocessor | Modeling | Copy | Elements | Auto Numbered Pick All 选择所有单元Total number of copies: 11复制11 份(包含原先的1 份)Node number increment: 1设置节点增量Applying Loads加载(设置边界条件和初始条件)(1) Apply convention loads on Node 12 and 2在4 节点12，24 上加对流载荷Preprocessor | Loads | Define Loads | Apply | Thermal | Convection | On Nodes Pick 12, 24VALI Film coefficient: 50 换热系数VAL2L Bulk temperature: 1000 环境温度(2) Set initial temperature(uniform temperature)设置初始条件(均匀温度)Solution | Define Loads | Settings | Uniform Temp Uniform Temperature: 0Solution 求解(1) Set Analysis Type as Transien t置分析类型为瞬态分析Solution | Analysis Type | New Analysis Transient精品文档(2) Set solution control设置分析控制参数Solution | Analysis Type | So'ln Controls”Transient”Label: Stepped Loading”Basic”Label: Time at end of loadstep: 10000; Automatic time stepping: on; Time increment: 10; Frequency: Write every substep⑶Solve求解Solution | Solve | Current LSViewing Results 查看结果(1) TimeHist Postpro时间历程后处理器Add data 添加数据:TimeHist Postpro | Add data: Nodal Solution: DOF Solution: Nodal Temperature:Variable Name: T1; Node 1Variable Name: T5; Node 5Variable Name: T9; Node 9Variable Name: T11; Node 11(2) List/Graph 列表/作图Select the variables选择变量：List data/ Graph data⑶Save image保存图片Menu | PlotCtrls | Capture Image： File | Save as(4) General Postpro通用后处理器Select the data of certain time选择某一时刻的数据：General Postpro | Read Results | By pickPlot the con tour map of temperature distribution 绘制该时刻温度分布等值线图：General Postpro | Plot Results | Contour Plot | Nodal Solu | Nodal Solution： DOF Solution：Temperature(5) Save image保存图片Menu | PlotCtrls | Capture Image： File | Save as(6) Animate 生成动画Menu | PlotCtrls | Animate | Over TimeNumber of animation frames： 100Question 2： Consider a solid cylinder with initial temperature T0. The top surface of the cylinder is exposed to the environment of which the temperature is T e (III type boundary condition) and the other surfaces are heat insulation (II type boundary condition). Analyze the temperature distribution in the cylinder during the period of 1000s.问题2:考虑一个初始温度为T o的圆柱体，一段暴露在温度为T e的环境中，其余界面视为绝热，分析其在1000s内温度分布情况。